钻井液固含及其控制课件

钻井液工艺原理电子教案 钻井液固含及其控制钻井液固含及其控制本章要点：本章要点：掌握钻井液固相控制的重要性、基本原理与工艺。掌握钻井液固相控制的重要性、基本原理与工艺。第一节第一节 钻井液含砂量及其测定钻井液含砂量及其测定一、钻井液含砂量一、钻井液含砂量一、钻井液含砂量一、钻井液含砂量 二、钻井要求：二、钻井要求：二、钻井要求：二、钻井要求：钻井液含砂量是指钻井液中不能通过钻井液含砂量是指钻井液中不能通过200目筛网，即粒目筛网，即粒径大于径大于74m的砂粒占钻井液总体积的百分数。的砂粒占钻井液总体积的百分数。钻井液含砂量越小越好，一般要求控制在钻井液含砂量越小越好，一般要求控制在0.5%以下。以下。含砂量过大会对钻井过程造成以下危害：含砂量过大会对钻井过程造成以下危害：含砂量过大会对钻井过程造成以下危害：含砂量过大会对钻井过程造成以下危害：（1）使钻井液密度增大，对提高钻速不利。）使钻井液密度增大，对提高钻速不利。（2）形形成成的的泥泥饼饼松松软软，滤滤失失量量大大，不不利利于于井井壁壁稳稳定定，影影响固井质量。响固井质量。（3）泥泥饼饼中中粗粗砂砂粒粒含含量量过过高高会会使使泥泥饼饼的的摩摩擦擦系系数数增增大大，容易造成压差卡钻。容易造成压差卡钻。（4）增加对钻头和钻具的磨损，缩短使用寿命。）增加对钻头和钻具的磨损，缩短使用寿命。三、含砂量控制方法三、含砂量控制方法三、含砂量控制方法三、含砂量控制方法 充分利用震动筛和除砂器等固控设备。充分利用震动筛和除砂器等固控设备。1、测量仪器、测量仪器 钻井液含砂量用一种专门设计的含砂量测定仪进行测定。钻井液含砂量用一种专门设计的含砂量测定仪进行测定。该仪器由一个带刻度的类似于离心试管的玻璃容器和一个该仪器由一个带刻度的类似于离心试管的玻璃容器和一个带漏斗的筛网筒组成，所用筛网为带漏斗的筛网筒组成，所用筛网为200目。目。四、含砂量测量四、含砂量测量四、含砂量测量四、含砂量测量2 2、测量方法、测量方法、测量方法、测量方法（1）将一定体积的钻井液注入玻璃容器中，然后注入清水至）将一定体积的钻井液注入玻璃容器中，然后注入清水至刻度线。刻度线。（2）用力振荡后将容器中的流体倒入筛网筒过筛然后将漏）用力振荡后将容器中的流体倒入筛网筒过筛然后将漏斗套在筛网筒上反转，漏斗嘴插入玻璃容器。斗套在筛网筒上反转，漏斗嘴插入玻璃容器。（3）将不能通过筛网的砂粒用清水冲入玻璃容器中，待砂粒）将不能通过筛网的砂粒用清水冲入玻璃容器中，待砂粒全部沉淀后读出体积刻度，由下式求出钻井液含砂量全部沉淀后读出体积刻度，由下式求出钻井液含砂量N：本节完本节完本节完本节完第二节第二节 钻井液中膨润土含量钻井液中膨润土含量 膨膨润润土土作作为为钻钻井井液液造造浆浆材材料料，在在提提粘粘切切、降降滤滤失失等等方方面面起起着着重重要要作作用用，但但其其用用量量又又不不易易过过大大，因因此此，在在钻钻井液中必须保持适宜的膨润土含量。井液中必须保持适宜的膨润土含量。膨膨膨膨润润润润土土土土含含含含量量量量测测测测定定定定原原原原理理理理：使使用用亚亚甲甲基基蓝蓝法法测测出出钻钻井井液液的的阳阳离离子子交交换换容容量量(CEC)，然然后后通通过过计计算算确确定定钻钻井井液液中中膨膨润润土的含量。土的含量。1 1、试验步骤、试验步骤、试验步骤、试验步骤 （1）用用不不带带针针头头的的注注射射器器量量取取1mL钻钻井井液液，放放入入适适当当大大小小的的锥锥形形瓶瓶中中，加加入入10mL水水稀稀释释。为为消消除除有有机机处处理理剂剂的的干干扰扰，加加入入15mL3%的的H2O2和和0.5mL浓浓度度为为2.5M的的释释H2S04，缓缓煮拂，缓缓煮拂10min，然后用水稀释到，然后用水稀释到50mL。(2)以以每每次次0.5mL亚亚甲甲基基蓝蓝标标准准溶溶液液（0.01M）加加入入到到锥锥形形瓶瓶中中，然然后后旋旋摇摇30s，在在固固体体悬悬浮浮的的状状态态下下，用用搅搅拌拌棒棒取取一一滴滴液液体体放放在在滤滤纸纸上上，观观察察染染色色的的钻钻井井液液固固相相周周围围有有无无兰兰色色环环出出现现，若若无无兰兰色色环环出出现现，重重复复以以上上操操作作。一一旦旦发发现现兰兰色色环环，摇摇荡荡锥锥形形瓶瓶2min，再再放放1滴滴在在滤滤纸纸上上，如如色色圈圈仍仍不不消消失失，即即达达到到滴滴定定终终点点，如如图图1-5所所示示。此此时时，所所消消耗耗的的亚亚甲甲基基蓝蓝标标准准溶溶液液的的毫毫升升数即为钻井液的阳离子交换容量数即为钻井液的阳离子交换容量(CEC)。亚甲基蓝滴定终点的点滴试验亚甲基蓝滴定终点的点滴试验2 2、膨润土含量计算、膨润土含量计算、膨润土含量计算、膨润土含量计算本节完本节完本节完本节完第三节第三节 钻井液固相含量钻井液固相含量一、一、一、一、钻井液固相含量：钻井液固相含量：钻井液固相含量：钻井液固相含量：钻井液中全部固相体积占钻井液总钻井液中全部固相体积占钻井液总体积的百分数。体积的百分数。固固相相含含量量的的高高低低以以及及这这些些固固相相颗颗粒粒的的类类型型、尺尺寸寸和和性性质质均均对对钻钻井井时时的的井井下下安安全全、钻钻井井速速度度及及油油气气层层损损害害程程度度等等有有直直接接的的影影响响。因因此此，在在钻钻井井过过程程中中必必须须对对其其进进行行有效的控制。有效的控制。二、钻井液中固相的类型二、钻井液中固相的类型二、钻井液中固相的类型二、钻井液中固相的类型2 2、按用途分类、按用途分类、按用途分类、按用途分类有用固相：有用固相：配浆粘土、加重材料。配浆粘土、加重材料。无用固相：无用固相：钻屑。钻屑。1 1、根据其性质不同分类、根据其性质不同分类、根据其性质不同分类、根据其性质不同分类活性固相：活性固相：容易发生水化作用的固相，如膨润土。容易发生水化作用的固相，如膨润土。惰性固相：惰性固相：水化作用弱的固相，如钻屑和重晶石。水化作用弱的固相，如钻屑和重晶石。3.按固相粒度分类按固相粒度分类 根据美国石油学会根据美国石油学会(API)规定的标准，可将钻井液中的固规定的标准，可将钻井液中的固相按粒度大小分为三大类相按粒度大小分为三大类：(1)粘土（或称胶粒）：粒径粘土（或称胶粒）：粒径 74 m4.按固相密度分类按固相密度分类（1）高密度固相）高密度固相 主要指密度为主要指密度为 4.2g/cm3 的重品石，的重品石，还有其它加还有其它加重材料。重材料。（2）低密度固相）低密度固相 膨润土、膨润土、钻屑钻屑、不溶性的处理剂、不溶性的处理剂，一般认为这部，一般认为这部分固相的平均密度为分固相的平均密度为2.6g/cm3。在钻井过程中，过高的固相含量往往对井下安全造成很大在钻井过程中，过高的固相含量往往对井下安全造成很大的危害，其表现主要有以下几个方面：的危害，其表现主要有以下几个方面：1、使钻井液粘度、切力偏高，流动性和携岩效果变差。、使钻井液粘度、切力偏高，流动性和携岩效果变差。2、使使井井壁壁上上形形成成厚厚的的泥泥饼饼，摩摩擦擦系系敷敷大大，容容易易造造成成起起下下钻遇阻和粘附卡钻。钻遇阻和粘附卡钻。3、泥泥饼饼质质量量不不好好会会使使钻钻井井液液滤滤失失量量增增大大，造造成成井井径径缩缩小小，井壁剥落或坍塌。井壁剥落或坍塌。4、对油气层损害加大，油井产能下降。、对油气层损害加大，油井产能下降。三、钻井液固相含量与钻井的关系三、钻井液固相含量与钻井的关系三、钻井液固相含量与钻井的关系三、钻井液固相含量与钻井的关系四、钻井液固相含量测定四、钻井液固相含量测定四、钻井液固相含量测定四、钻井液固相含量测定1 1、测定仪器：、测定仪器：、测定仪器：、测定仪器：钻井液固相含量测定仪钻井液固相含量测定仪2 2、测量原理、测量原理、测量原理、测量原理 采采用用蒸蒸馏馏的的方方法法使使钻钻井井液液固固液液分分离离，液液相相体体积积可可由由带带刻刻度度的的接接收收器器直直接接读读出出，固固相相体体积积为为钻钻井井液液体体积积和和液液相相体体积积的的差差值。值。五、固相控制方法五、固相控制方法（1 1）机械方法机械方法 固固控控应应首首先先考考虑虑机机械械方方法法。振振动动筛筛、除除砂砂器器、除除泥泥器器、清洁器和离心机。清洁器和离心机。五、固相控制方法五、固相控制方法原原理理：通通过过振振动动筛筛、除除砂砂器器、除除泥泥器器、清清洁洁器器和和离离心心机机等等机机械械设设备备，利利用用筛筛分分和和强强制制沉沉降降的的原原理理，将将钻钻井井液液中中的的固固相相按按密密颗颗粒粒大大小小不不同同而而分分离离开开，并并根根据据需需要要决决定定取取舍舍，以以达达到控制固咀的到控制固咀的。优点：优点：处理时间短处理时间短、效果好效果好、而且本较低而且本较低。五、固相控制方法五、固相控制方法五、固相控制方法五、固相控制方法（2 2）稀释法稀释法 稀稀释释法法既既可可用用清清水水或或其其它它较较稀稀的的流流体体直直接接稀稀释释循循环环系系统中的统中的钻钻井液井液 。如如果果用用机机械械方方法法清清除除有有害害固固相相仍仍达达不不到到要要求求，可可用用稀稀释释的的方方进进一一步步降降低低固固相相含含量量，有有时时是是在在固固控控设设备备缺缺乏乏或或出现故障的出现故障的情况情况下不得不采用这种方法。下不得不采用这种方法。五、固相控制方法五、固相控制方法优点：优点：操作简便操作简便、见效快见效快。缺点：缺点：在在稀释稀释的同时必须补充足够的处理剂的同时必须补充足够的处理剂，如果是如果是加重钻井液还需补充大加重钻井液还需补充大 的加重材料的加重材料，因而使钻因而使钻井液成本显著增加。此外还有一部分被废井液成本显著增加。此外还有一部分被废弃弃旧旧浆的排放问题需要考虑。浆的排放问题需要考虑。五、固相控制方法五、固相控制方法为了尽可能降低稀释费用,有以下几个般原则应该遵循：（）（）钻井液总体积不宜保留过大钻井液总体积不宜保留过大。（）（）部分部分旧浆旧浆的排放应在加水稀释前进行的排放应在加水稀释前进行，不要边稀释不要边稀释边排放边排放。（）（）一次较一次较大量的稀释比分多次少量稀释的费用小。大量的稀释比分多次少量稀释的费用小。五、固相控制方法五、固相控制方法（3 3）化学絮凝法化学絮凝法 化化学学絮絮凝凝法法是是在在钻钻井井液液中中加加入入适适量量的的絮絮凝凝剂剂，使使固固相相细细颗颗粒粒聚聚集集成成较较大大颗颗粒粒，然然后后用用机机械械方方法法排排除除或或在在沉沉砂砂池池中中沉沉除除，这这种种方方法法是是机机械械方方法法清清除除固固相相的的补补充充，两两者者相相 辅辅相相成成。五、固相控制方法五、固相控制方法 化化学学方方法法还还可可用用于于清清除除钻钻井井液液中中过过量量的的膨膨润润土土。由由于于膨膨润润土土的的最最大大粒粒径径在在 5 m 左左右右，而而离离心心机机一一般般只只能能清清除除粒粒径径 6 m 以以上上的的颗颗粒粒，因因此此用用机机械械方方法法无无法法降降低低钻钻井井液液中中膨膨润润土土的的含含量量。显显然然，在在这这种种情情况况下下，化化学学絮絮凝凝应应安安排排在在钻钻井井液液通过所有固控设备之后进行通过所有固控设备之后进行。钻井液工艺原理电子教案第八章（1）絮凝剂）絮凝剂定义：定义：通过桥连吸附将一些细颗粒聚结在一起的化学通过桥连吸附将一些细颗粒聚结在一起的化学物质。物质。钻井液工艺原理电子教案第八章类型：类型：全絮凝剂：即絮凝有用固相又絮凝无用固相全絮凝剂：即絮凝有用固相又絮凝无用固相 选择性絮凝剂：只絮凝无用固相选择性絮凝剂：只絮凝无用固相钻井液工艺原理电子教案第八章全絮凝作用全絮凝作用 选择性絮凝作用选择性絮凝作用膨润土膨润土（负电）（负电）钻屑钻屑（不带电或少量负电）（不带电或少量负电）吸附吸附吸附吸附吸附吸附不吸附不吸附PAMPAMHPAMHPAM絮凝机理：絮凝机理：钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案第八章第八章钻井液工艺原理电子教案第八章絮凝过程：吸附絮凝过程：吸附架桥架桥蜷曲蜷曲絮凝成团絮凝成团CPAM含有阳离子链节和非离子链节，比含有阳离子链节和非离子链节，比PAM、HPAM具有更好的絮凝作用。具有更好的絮凝作用。钻井液工艺原理电子教案第八章4、影性絮凝作用的主要因素、影性絮凝作用的主要因素（1）相对分子质量）相对分子质量 （3）浓度）浓度 饱和吸附量的一半饱和吸附量的一半（4）pH HPAM作为絮凝剂的作为絮凝剂的pH为为7-8（2）水解度）水解度分子量分子量3106=30%五、固相控制方法五、固相控制方法（4）沉降法）沉降法 在钻井液粘切较高时，效率低。在钻井液粘切较高时，效率低。上一内容下一内容回主目录钻井液工艺原理电子教案第八章